上海鼎徵儀器儀表設(shè)備有限公司

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軋輥檢測

無損探傷發(fā)展至今，已被軋輥制造者和軋鋼廠用來評(píng)判軋輥材料的質(zhì)量。作為軋輥維護(hù)的一個(gè)常規(guī)項(xiàng)目，無損檢測的目的是發(fā)現(xiàn)最早期的軋輥問題，并防止未采取改進(jìn)措施的軋輥再次上機(jī)使用。軋鋼廠常用的方法是渦流、表面波、滲透、酸侵、磁粉、和硬度檢測。最快速、準(zhǔn)確、可靠的檢測技術(shù)是渦流和超聲波檢測。它們同時(shí)使用時(shí)，所有對(duì)軋輥及軋制產(chǎn)品不利的表面情況都能100%的準(zhǔn)確檢出（表1）。滲透、酸侵具有花費(fèi)不多的優(yōu)點(diǎn)，然而它們耗時(shí)長，不是100%的可靠。因此它們應(yīng)與渦流和超聲波配合使用。 

 表1      檢測方法

（1）設(shè)備參數(shù)的功能（頻率、晶體類型、探頭形狀）

（2）圓周方向（要求掃描3次）

     軸向（要求掃描2次）

一、渦流探傷

渦流探傷是軋輥磨削之后，確定缺陷位置如軟化區(qū)（熱損傷）、宏觀裂紋和磁化的一種方法。磨床上，一個(gè)雙線差分探頭放置在輥身一端，靠近輥面處，隨著軋輥以設(shè)定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，探頭慢慢移動(dòng)跨過整個(gè)輥身長度。探頭移動(dòng)速度和軋輥轉(zhuǎn)速的同步性是設(shè)定好的，以確保輥面的每一點(diǎn)都通過探頭。隨著探頭在輥身移動(dòng)，在交流電流的作用下線圈間的輥面上產(chǎn)生渦流。線圈間電流的導(dǎo)電性和路徑長度的瞬間變化都能被檢測出來，并顯示在兩個(gè)獨(dú)立的頻道。一個(gè)稱為壓傷/熱損傷頻道，一個(gè)稱為裂紋/剝落頻道。渦流探傷的特殊步驟取決于使用的渦流設(shè)備，由設(shè)備生產(chǎn)者提供。導(dǎo)電率的變化可在壓傷/熱損傷頻道上檢出。它是輥面相鄰點(diǎn)間的硬度和顯微組織變化的結(jié)果。磁化區(qū)內(nèi)所有相鄰點(diǎn)間也會(huì)引起導(dǎo)電率的連續(xù)變化。高斯通量可用來證實(shí)剩余磁性的存在。（大于30Gauss）。能引起輥面上導(dǎo)電性反復(fù)變化的一般條件包括（但不限于此）局部超溫、局部工作硬化、表面粗化和外來夾雜物嵌入輥面。這些情況在壓傷/熱損傷頻道表現(xiàn)為超過噪音水平的單獨(dú)的波峰或超過噪音水平的大面積的草狀波峰（圖2）。

在裂紋/剝落頻道可檢出路徑長度的變化，這個(gè)變化是表面裂紋引起的。當(dāng)探頭通過一個(gè)裂紋上方，感應(yīng)電流必定沿裂紋壁向下流動(dòng)并到達(dá)裂紋的另一側(cè)形成環(huán)路。路徑長度的不同以一個(gè)獨(dú)特的脈沖峰顯示在裂紋/剝落頻道（圖2）渦流探傷不能檢出小于0.006”寬的裂紋。寬度大于0.006”的裂紋只有一半的準(zhǔn)確率。為了所有表面裂紋能準(zhǔn)確檢出，應(yīng)使用超聲波探傷。

圖1

磨削操作完成后，進(jìn)行渦流探傷。

圖2

渦流探傷記錄表

大箭頭指頭指示輥面上的典型的熱損傷。

小箭頭指頭指示壓傷/熱損傷頻道的多余噪音。

中箭頭指頭指示裂紋/剝落頻道上顯示的裂紋。

二、表面波探傷

表面波超生波探傷使用一個(gè)固定在直角楔形塊上傳感器，十分準(zhǔn)確地檢出表面裂紋。表面波發(fā)射圓周方向的高頻聲波，檢查反射或吸收的聲波情況。軋輥內(nèi)部所有界面都會(huì)一定程度的反射或散射聲波，包括裂紋、夾雜、晶界和其它不連續(xù)因素。金屬—空氣界面（裂紋）反射大部分聲波，而金屬—固體界面（夾雜）反射小部分聲波。被反射的聲波隨后返回到傳感器的測試屏幕上，顯示一個(gè)波峰。以下是進(jìn)行表面波超聲波檢測的一個(gè)基本過程：

1.     0應(yīng)用以底面回波為基礎(chǔ)的接觸法超聲波技術(shù)（參看ASTMA388）

1.     1超聲波設(shè)備

1.1.      1用脈沖型超聲波儀器產(chǎn)生和顯示超聲波信號(hào)。

1.1.      2使用壓電晶片材料的探頭，用來發(fā)射和接收超聲波信號(hào)。

1.1.      3一根帶有配套接頭的同軸電纜連接超聲波設(shè)備和探頭。

1.1.          4使用偶合劑以便在鍛鋼輥上有效地發(fā)射、接收超聲波信號(hào)。一般為油、甘油或水。

1.2.          超聲波檢測

1.2.1周向表面檢測

該檢測的目的是檢查軸向表面和淺次表層缺陷。

1.2.2軸向表面檢測

該檢測的目的是檢查橫截面表面和淺次表層缺陷。

1.3周向表面檢測

1.3.1探頭

使用2.25MHz，0.5″×1.0″的有機(jī)玻璃的直角楔形探頭發(fā)射超聲波。

1.3.          2準(zhǔn)備軋輥

把軋輥放在支架上，避免支架與輥身接觸。如果必要用溶劑請(qǐng)洗并用布擦干。

1.3.3施加偶合劑

在輥身上部，沿輥身全長涂刷一條薄而透明的偶合劑帶。

1.3.4設(shè)置、顯示和靈敏度

在一個(gè)沒有相關(guān)缺陷的區(qū)域進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置市時(shí)基線表示一個(gè)大于輥身周長1/2的距離，時(shí)基線上的始波在屏幕的最左邊。把探頭放在偶合劑上并獲得一個(gè)圓周方向的底波反射。調(diào)整增益（dB）使底波波高達(dá)100%fs，調(diào)整時(shí)基線把底波置于屏幕的最左邊。（圖1）。

1.3.5接觸檢測—輥身圓周方向第一個(gè)180°。

將探頭放在輥身一端并把表面波對(duì)準(zhǔn)圓周方向 ，沿偶合劑以小于8″/s移動(dòng)探頭，同時(shí)保持顯示器屏幕100%的底波反射。確定和標(biāo)記缺陷位置做好記錄。

1.3.6接觸檢測—輥身圓周方向第二個(gè)180°。

反轉(zhuǎn)探頭圓周方向位置重復(fù)1.3.5操作（圖2）。

1.4.          7接觸檢測—端頭區(qū)

擦去輥身的偶合劑，重新在輥身端面涂刷偶合劑，重復(fù)1.3.5和1.3.6的操作。

1.4 軸向表面檢測——輥身

1.5.          1探頭

   同1.3.1。

1.4.2準(zhǔn)備軋輥

   同1.3.2。

1.4.3施用偶合劑

 在輥身驅(qū)動(dòng)端環(huán)繞圓周（360°）涂刷一個(gè)薄的偶合劑帶。注意如果軋輥的旋轉(zhuǎn)機(jī)械不能使用應(yīng)涂刷圓周的1/2（180°），改變軋輥位置并重復(fù)。

1.4.4設(shè)置、顯示和靈敏度

除設(shè)置的時(shí)基線表示一個(gè)大于輥身長度的距離外，其余同1.3.4。把探頭放在偶合劑上獲得一個(gè)長軸方向的底波（圖1 ）。

1.4.5接觸檢測—驅(qū)動(dòng)端

將探頭放在輥身驅(qū)動(dòng)端并把表面波對(duì)準(zhǔn)長軸方向 ，沿偶合劑以小于8″/s移動(dòng)探頭，同時(shí)保持顯示器屏幕100%的底波反射。屏幕顯示任何大于10%波高的缺陷。確定和標(biāo)記缺陷位置，做好記錄。

1.4.6接觸檢測—操作端

擦去輥身的偶合劑，重復(fù)步驟1.4.3、1.4.4和1.4.5。

                           時(shí)基線

                         圖1

                超聲波探傷的顯示屏幕

圖2

周向表面檢測

三、滲透探傷

滲透探傷可以隨時(shí)進(jìn)行（磨削后最常用）。它被用來顯示軋輥表面裂紋，紅色染料的滲透劑被用在軋輥表面。染料在表面張力的作用下，進(jìn)入裂紋內(nèi)表面，一段時(shí)間后，用清潔的干布擦干軋輥。在表面張力的反向作用下，染料從裂紋中反滲出來。顯影劑噴灑到輥面裂紋就顯現(xiàn)為白背景下的紅線。深透探傷也可用熒光染料來做。這時(shí)熒光紫外線代替顯影劑顯示裂紋。滲透探傷對(duì)顯示大而寬的裂紋是準(zhǔn)確的。然而，如果裂紋太窄，滲透劑不能進(jìn)入裂紋，顯影劑就不能顯示裂紋。一般地，最好在渦流探傷和超聲波探傷確定表面缺陷方位后，只在有缺陷的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行而不是整個(gè)輥身，進(jìn)行此試驗(yàn)。

下面是使用紅色深透劑方法，進(jìn)行滲透探傷的簡要過程：

·用超聲波和渦流技術(shù)識(shí)別缺陷區(qū)域，近似的1/4圓周范圍內(nèi)。標(biāo)注這個(gè)區(qū)域以便后續(xù)工作。

·用抹布擦去這1/4圓周上的過多油脂、灰塵等。

·拿一塊抹布，向上面噴灑清潔劑（多噴一些）用這塊濕布再擦一次，不要直接向軋輥噴清潔劑，這樣會(huì)降低結(jié)果等級(jí)。

·手執(zhí)容器距輥面大約8”遠(yuǎn)，向檢測區(qū)域噴滲透劑（圖1 ）。反復(fù)大量噴灑是有益的，但太多則會(huì)浪費(fèi)。

·讓滲透劑滲進(jìn)軋輥至少10分鐘（長一些更好）。

·用清潔的干布擦凈軋輥下面多余的著色劑，定期更換清潔的抹布。以免弄臟染料。

·看到檢測面見干后，向另一塊抹布噴清潔劑。用濕布擦去剩余的紅色染料。向上述一樣定期更換抹布。

·手執(zhí)容器距輥面大約8—10”遠(yuǎn)，向檢測面噴顯影劑，從一側(cè)向另一側(cè)均勻移動(dòng)，使顯影劑均勻。

·隨著顯影劑開始干燥，紅線將顯現(xiàn)，顯示任何存在的宏觀裂紋（圖4）。如果沒有線出現(xiàn)，那么檢測區(qū)域就沒有宏觀裂紋存在。

·估算裂紋尺寸大小，確定恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)救方法（磨削、、車削、手工打磨，等）。

圖1

在輥身可疑區(qū)使用深透劑

圖2

幾分鐘后擦去深透劑

圖3

在輥身可疑區(qū)使用顯影劑

圖4

滲透探傷發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋。紅線指示裂紋位置。

四、酸侵檢測

酸侵檢測可以隨時(shí)進(jìn)行（最常見的是在磨削加工后）。被用來顯示軋輥表面裂紋和硬度變化等情況。當(dāng)酸作用在輥面較軟的區(qū)域?qū)ⅰ盁齻被颉白兒凇薄Ｏ鄬?duì)較硬的區(qū)域侵蝕速度較快并留下不同的酸侵外觀。酸侵也能檢測裂紋。酸侵蝕時(shí)，侵蝕劑在表面張力的作用下進(jìn)入裂紋，當(dāng)表面酸液被擦凈后，裂紋中的剩余酸液滲出，燒傷周圍區(qū)域，裂紋便被顯現(xiàn)出來。酸侵檢測在先是熱損傷、寬而大裂紋方面是準(zhǔn)確的。然而，如果裂紋太窄，酸液不能進(jìn)入裂紋，裂紋也就不能顯現(xiàn)出來。一般地，最好在渦流探傷和超聲波探傷確定表面缺陷方位后，只在有缺陷的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行而不是整個(gè)輥身，進(jìn)行此試驗(yàn)。

下面是酸侵檢測的簡要過程：

·打磨、清洗、吹干要做酸侵的輥面，確保輥面無任何鍍層（鉻）和任何軋制表面的氧化層。

·用棉球蘸20%Nital侵蝕劑擦拭酸侵面至少1.5分鐘（圖1）。不要讓酸侵面變干。

·用甲酸充分沖洗侵蝕劑，與此同時(shí)用另一塊棉球擦凈酸侵面上的沉淀物。

·用壓縮空氣吹干酸侵面。

·軟或硬的區(qū)域顯示不同的明暗程度。在酸侵面上和周圍金屬間軟區(qū)顯得較黑，硬區(qū)顯得較亮。

圖1 用20%Nital侵蝕輥身的一個(gè)區(qū)域。

            圖2 用脫脂棉、甲醇擦拭酸侵面。

圖3

用不含水分的壓縮空氣吹干酸侵面。

圖4 

經(jīng)酸侵發(fā)現(xiàn)一個(gè)軟點(diǎn)（熱損傷）在酸侵表面熱損傷表現(xiàn)為較黑的區(qū)。

五、磁粉探傷

磁粉探傷可以在任何時(shí)間進(jìn)行。主要用來檢測輥頸上的裂紋。輥頸部分的裂紋一般是圓周方向、位于圓弧處。這里所討論的磁粉探傷不能用在輥身表面。因?yàn)樗褂玫拇艌鰪?qiáng)度能使表面磁化，影響軋制產(chǎn)品的質(zhì)量。這個(gè)檢測通過在備檢面的中部激發(fā)軸向的兩磁極間的磁場來進(jìn)行。細(xì)微的磁粉輕輕的吹過兩磁極間的輥面，兩磁極間的任何界面都起作用，改變磁場形狀吸引細(xì)的磁粉顯示裂紋。磁粉探傷在顯示大而寬的裂紋方面是準(zhǔn)確的。然而，如果裂紋太窄，只有很少的磁粉被吸進(jìn)界面，裂紋則顯示不出來。

下面是磁粉探傷檢測的簡要過程：

·用溶劑擦去油、灰塵等，清潔輥頸要做檢測的部位。

·把電磁軛的兩個(gè)極沿長軸方向放置在輥頸要檢測的部位上。

·啟動(dòng)電磁軛產(chǎn)生覆蓋被檢部位的磁場。

·當(dāng)磁軛帶電時(shí)，一手拿容器罐小心均勻地?cái)D壓球形罐，向軛下施加磁粉。

·繞被檢面圓周方向移動(dòng)磁軛并繼續(xù)施加磁粉。

·當(dāng)磁粉吸附于界面時(shí)，裂紋就顯示成磁粉細(xì)線。

圖1

軋輥肩部圓弧處進(jìn)行磁粉探傷

六、硬度檢測

硬度檢測應(yīng)在磨削前后進(jìn)行。它用來決定軋輥的整體硬度。也驗(yàn)證局部硬度的差異（熱損傷、加工硬化等）。硬度檢測的一般方法包括壓痕（洛氏、維氏）和彈跳（里氏、肖氏）—參看圖1-8。軋鋼廠一般不使用洛氏硬度，原因是為了保證檢測精確，需要特殊的表面并且準(zhǔn)備時(shí)間長。里氏和肖氏是最常用的硬度檢測方法。彈跳檢測通過墜落一個(gè)小沖擊裝置或沖頭到輥面，測量彈跳的高度（肖氏）或速度（里氏）檢測可以在任何潔凈的表面上進(jìn)行。并可反復(fù)多次以獲得被檢面上的平均硬度。

圖1

在輥身上進(jìn)行洛氏硬度檢測

圖2

在輥身上進(jìn)行維氏硬度檢測

圖3

里氏硬度計(jì)（HLD和HLE兩種沖頭）

圖4

肖氏HSD硬度計(jì)

圖6

在輥身上進(jìn)行肖氏HSD硬度檢測

圖7

肖氏HSC硬度計(jì)

圖8

在輥身上進(jìn)行肖氏HSC硬度檢測